CN110740714B - 带有包括可切换遮光器阵列的自动变暗滤光器的视力保护性头戴装置 - Google Patents

带有包括可切换遮光器阵列的自动变暗滤光器的视力保护性头戴装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了保护性头戴装置，其包括带有可切换遮光器阵列的自动变暗滤光器，并且包括遮光器控制系统、至少一个工作视域图像采集装置和至少一个眼睛位置监测装置，其中该遮光器控制系统能控制地连接到该可切换遮光器阵列中的每个可切换遮光器，以便控制该可切换遮光器中的每一者的切换，并且该遮光器控制系统能接收地连接到该至少一个工作视域图像采集装置和该至少一个眼睛位置监测装置。

Description

带有包括可切换遮光器阵列的自动变暗滤光器的视力保护性 头戴装置
背景技术
自动变暗滤光器通常设置在保护性头戴装置上，以期望免受高强度光的伤害。
发明内容
总体来说，本文公开了一种视力保护性头戴装置，该视力保护性头戴装置包括带有可切换遮光器阵列的自动变暗滤光器，并且还包括遮光器控制系统、至少一个工作视域图像采集装置和至少一个眼睛位置监测装置。在以下具体实施方式中，这些方面和其它方面将显而易见。然而，在任何情况下，都不应当将此广泛的发明内容理解为是对可受权利要求书保护的主题的限制，不论此类主题是在最初提交申请的权利要求书中呈现还是在修订申请的权利要求书中呈现，或者另外是在申请过程中呈现。
附图说明
图1是包括安装在其中的示例性自动变暗滤光器的示例性视力保护性头戴装置的前侧透视图。
图2是图1的示例性保护性头戴装置和自动变暗滤光器的后侧透视图。
图3是弯曲的自动变暗滤光器的示例性可切换遮光器的部件的分离的分解侧面透视图。
图4是弯曲的自动变暗滤光器的另一种示例性可切换遮光器的部件的分离的分解侧面透视图。
图5是示例性弯曲的液晶盒的示意性剖视图。
图6是弯曲的自动变暗滤光器的由液晶像素阵列提供的示例性可切换遮光器阵列的一部分的分离的分解侧面透视图。
图7是弯曲的自动变暗滤光器的第一可切换遮光器阵列和第二可切换遮光器阵列的示例性布置的透视图。
图8是自动变暗滤光器的一个实施方案的框图。
图9是在安装在使用者头部上的保护性头戴装置中操作的包括可切换遮光器阵列的示例性弯曲的自动变暗滤光器的一般表示的顶视图。
在各附图中，类似基准标号指示类似元件。一些元件可能以相同或相等的倍数存在；在这种情况下，可能仅通过基准标号来指定一个或多个代表性元件，但应当理解，此类基准标号适用于所有此类相同的元件。除非另外指明，否则本文件中的所有图示和附图均未按比例绘制，并且被选择用于示出本发明的不同实施方案的目的。具体地，除非另外指明，否则仅用示例性术语描述各种部件的尺寸，并且不应当从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管在本发明中可使用例如“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”和“向下”以及“第一”和“第二”的术语，但应当理解，除非另外指明，否则这些术语以其相对含义使用。如本文所用，作为对特性或属性的修饰语，除非另外具体地定义，否则术语“大致”意指将能容易被普通技术人员识别的特性或属性，而不需要高度近似(例如，对于可量化特性，在+/-20％以内)。除非另外具体地定义，否则术语“基本上”意指高度近似(例如，对于可量化特性，在+/-5％以内)。
具体实施方式
本文公开了一种包括自动变暗滤光器60的保护性头戴装置1。在各种示例性实施方案中，保护性头戴装置1可包括例如头盔、护罩或护目面罩(例如，焊工头盔、护罩或护目面罩)，应当注意，这些类别的保护性头戴装置之间可能并不总是存在明显的界限。如图1和图2的前侧透视图和后侧透视图中的示例性实施方案所示，示例性保护性头戴装置1包括主体20(其中头戴装置1通常由人佩戴)包括大致前侧81、大致后侧82、大致上或顶侧83(例如，朝向佩戴者头部的最顶部)和大致底侧84(例如，朝向使用者的颈部)。主体20还包括左侧85(从佩戴头戴装置的使用者的视角表示)和右侧86。主体20包括大致前向部分，该大致前向部分包括光学透射窗口2。在一些实施方案中，光学透射窗口2可采取贯穿开口的形式；在其它实施方案中，该光学透射窗口2可具有安装在其中的一个或多个透明窗格。
在一些实施方案中，保护性头戴装置1可包括悬架90，该悬架90的一部分在图1中可见(为了便于展示头戴装置的其它部件，图2中省略了悬架)。悬架90可通过任何合适的附接机构91附接到保护性头戴装置1。可使用任何合适设计的任何悬架，并且其可包括例如额带、冠带、枕带等的任何合适的组合。除此类悬架之外，一个或多个垫子可例如设置在头戴装置1的冠部部分的下侧上，这些垫子可起到保护性和/或缓冲功能。自动变暗滤光器60可以任何合适的方式(可移除地或永久性地)安装在保护性头戴装置1中。自动变暗滤光器60以无论什么方式安装在头戴装置1中，使得滤光器60与窗口2的至少一部分对准，以使得滤光器60可过滤穿过窗口2的电磁辐射(例如，可见光、紫外线辐射、红外线辐射等)。即，自动变暗滤光器60定位在保护性头戴装置1内，使得到达佩戴头戴装置的人的眼睛的任何电磁辐射必须首先穿过滤光器60以进行光学过滤，如本文所述。
在至少一些实施方案中，自动变暗滤光器60至少一定程度地弯曲，如本文稍后所详细描述。通常，保护性头戴装置1可被配置成使得当使用者佩戴保护性头戴装置时，滤光器60的侧向中心区域定位在使用者的眼睛前面。在一些实施方案中，滤光器60可包括至少部分地围绕朝向保护性头戴装置的左侧面和右侧面包裹到所需范围(整体连接到侧向中心区域并从侧向中心区域延伸)的区域。虽然在图1的示例性设计中存在相对较小范围的侧面包裹，但可根据需要使用任何量的侧面包裹。如果需要，滤光器60可便利地位于一个或多个透明窗格、盖板等的后面，例如以便保护滤光器60免受损坏或碎屑。
图3示出了示例性弯曲的自动变暗滤光器60的示例性可切换遮光器10的分解图。在一些实施方案中，遮光器110的一个(例如，无源)部件可为用来衰减来自高强度入射光的红外线(IR)和紫外线(UV)波长分量的带通滤光器112。在一些实施方案中，此类带通滤光器可包括柔性片材，各种层可在该柔性片材上沉积以形成反射IR辐射并吸收入射光的UV-A、UV-B和/或UV-C分量的干涉滤光器。在一些实施方案中，此类片材可用作遮光器10的柔性前盖片601。在一些实施方案中，遮光器10可包括定位在带通滤光器112前面的分开的柔性前盖片。(在一些实施方案中，遮光器10可包括如图2所示的柔性后盖片604。)
如图3所描绘的示例性可切换遮光器10包括第一偏振滤光器114、第一光学旋转液晶盒116和第二偏振滤光器118。第一盒116可为位于(夹在)第一偏振滤光器114与第二偏振滤光器118之间的扭转向列型液晶盒。偏振滤光器114和118具有基本上正交的偏振方向，其中第一偏振滤光器114的偏振方向被取向成与第二偏振滤光器118的偏振方向成大约90°。当没有控制电压施加到盒116时，这些正交的偏振方向使盒116能够切换到亮状态并能够维持亮状态；并且当电压施加到盒116时，这些正交的偏振方向使盒116能够切换到暗状态并能够保持暗状态(即，电力变暗)，如本领域普通技术人员所熟知的。
图3的示例性液晶盒还包括位于上述第二偏振滤光器118与第三偏振滤光器122之间的第二光学旋转液晶盒120。第二盒120也可为扭转向列型液晶盒。在例示的实施方案中，偏振滤光器122具有基本上平行于偏振滤光器118的偏振方向的偏振方向。当没有控制电压施加到盒120时，这些平行的偏振方向使盒120能够切换到暗状态并能够维持暗状态；并且当电压施加到盒120时，使盒120能够切换到亮状态并能够维持亮状态。(这种类型的液晶盒将被本领域普通技术人员理解为电力变亮的。)
因此，图3表示其中两个液晶盒116和120散布在三个偏振滤光器114、118和122的序列之间的一般布置。在图3所描绘的特定设计中，三个偏振滤光器被布置成使得第一对偏振滤光器(114和118)被取向成基本上彼此正交，并且第二对偏振滤光器(118和122)被取向成基本上彼此平行。此类布置(特别是存在被取向成彼此平行的一对偏振滤光器)可规定：一个液晶盒(在所描绘的设计中为盒120)为电力变亮盒，以提供例如在电力中断的情况下遮光器10将转变到更暗状态的可选特征。在其它实施方案中，两个液晶盒可散布在三个偏振滤光器的序列之间，其中偏振滤光器被布置成使得第一对滤光器和第二对滤光器被取向成基本上彼此正交(如本文稍后参考图6所讨论的示例性布置中的那样)。此类布置可在暗状态中特别是在期望遮光器提供多个暗状态的情况下提供增强的角度均匀性。
液晶盒116和120中的每一者分别设置有连接器124和126，控制电压可通过这些连接器124和126施加到这些盒。将电压施加到连接器会在液晶盒的各层之间产生电场。向列型液晶分子与垂直于包封盒的主侧面的限定表面的电场对准。在定位在正交的偏振滤光器(例如，图3的滤光器114与118)之间的液晶盒中，由电场促成的液晶分子的这种对准实现变暗的状态。在定位在平行的偏振滤光器(例如，图3的滤光器118与122)之间的液晶盒中，出现相反的情况。可通过改变控制电压来控制液晶分子的旋转程度，并且因此也可控制相应的滤光器效果。因此，在一些实施方案中，遮光器可能够切换到并维持一个或多个中间状态，而不是限于暗状态和亮状态。
图4示出了替代的实施方案中的可切换遮光器110'的分解图。遮光器110'包括三个液晶盒116、120和128。第一液晶盒116设置在第一偏振滤光器114与第二偏振滤光器118之间，第二液晶盒120设置在第二偏振滤光器118与第三偏振滤光器122之间，并且第三液晶盒128设置在第四偏振滤光器130与第一偏振滤光器114之间。在图3的示例性布置中，第一液晶盒116和第三液晶盒128各自被夹在被取向成至少基本上彼此正交的偏振滤光器对之间，使得液晶盒116和128为以上提及的电力变暗类型的盒。液晶盒116和128可基本上彼此相同，但它们大致相对于彼此旋转(例如，约180°)，以针对不同的视角给出较少的光学变化。即，液晶盒116和128的对准方向可相对于彼此不对称地取向。将两个此类液晶盒定位到一起以使得面对面分子对齐方向不平行可有利地导致滤光效果的角度依赖性降低。特别是在暗状态下，也可通过使用偏移了约1至20度的偏振器来增强同质性，如授予Magnusson的美国专利7,884,888中所详细讨论的。此类偏移偏振器可例如消除由盒间隙几何结构的变化、构造的粘合剂层中的不需要的双折射以及不同视角造成的观察区域的色调不均匀。在图4的设计中，第二液晶盒120被夹在取向成彼此平行的偏振滤光器118与偏振滤光器122之间。因此，液晶盒120可为在没有施加电压的情况下自动变暗的电力变亮盒。(应当理解，即使在不存在可选功能性(其中遮光器例如在电力中断的情况下自动变暗)的情况下，遮光器也将由于存在无源(不变)UV和IR阻挡层而持续提供UV和IR保护，如本文早先所描述的。)
应当理解，图3和图4的设计仅为示例性设计，并且本文所公开的布置和方法可用于任何自动变暗滤光器中，这依赖于例如液晶盒、偏振滤光器(以任何取向)、带通滤光器、盖片等的任何所需的组合。
图5示出了诸如可用于上述盒116、120和128中的任一者的示例性液晶盒134。盒134为包括两个光学透明的柔性层140和142的层状构造。可使用多种由例如玻璃或任何合适的有机聚合物膜制成的此类层来实现此类液晶盒。层中的每一个的厚度可为约10微米(μm)至200μm，更典型地为约30至150μm，并且还更典型地为约75至125μm。层140、142(如存在于液晶盒中的)通常具有小于无限曲率的半径，该半径通常为约5至30厘米(cm)，更典型地为约7至20cm。曲率可表现出非恒定半径，例如，它可为抛物线的、悬链线的、外摆线的以及自由形式。因此，例如，包括由此类液晶盒构成的遮光器的弯曲的自动变暗滤光器60可例如包括具有相对小曲率半径的弓形前中心区域(直接在使用者眼睛的前面)，并且可包括较不急剧弯曲的(例如，相对平面的)右侧区域和左侧区域。
在光学透明的柔性层140和142的面向内的表面上分别设置有透明的导电电极层144和146(例如，氧化铟锡层)。通过将电压施加到电极144和146，在液晶层148上产生电场以改变液晶分子的取向。与电极144和146并置的分别是对准层150和152，例如，已在特定对准方向上以机械方式诸如通过刷涂或摩擦处理的聚酰亚胺层。使用盒内部的相等尺寸的间隔件154间隔开对准层150和152，以形成并维持间隙。可使用边缘粘合剂156诸如购自新泽西州克兰伯里的诺兰德产品公司(Norland Products,Cranbury,NJ)的Norland 68来密封盒边缘。在盒被完全密封之前，向列型分子158设置在层150与层152之间的间隙内，以形成液晶层148。对准层150和152迫使液晶向列型分子158在表面处采取特定的角度位置，使得分子在这些表面之间扭转穿过它们相应的扭转角，直到经受电场而破坏该布置为止。
在一些实施方案中，扭转向列型液晶盒可具有小于100度例如零或1至99度的扭转角。在特定实施方案中，此类液晶盒可具有1至85度的扭转角。更具体地，低扭转液晶盒的扭转角可为约30至70度。具有低扭转液晶盒的自动变暗滤光器在授予Palmer等人的美国专利6,097,451中有所描述。还可参见授予
Figure BDA0002314411110000061
等人的美国专利5,825,441。在一些实施方案中，扭转向列型液晶盒可具有较高的扭转角，例如约120度或更大的扭转角。在各种实施方案中，此类盒可具有至多约240度的扭转角。
如本文所公开的自动变暗滤光器60包括可(单独)切换的遮光器阵列10，如图1和图2中的一般表示所指示的。应当理解，以上对可切换遮光器10及其各种部件(液晶盒、偏振滤光器等)的描述适用，而不管遮光器10是否呈占据自动变暗滤光器的整个光学活性区域的单个大型遮光器的形式，或者它是否是存在于自动变暗滤光器的光学活性区域中的可单独切换的遮光器阵列中的一个遮光器。还应当理解，可能提供包括可单独切换的遮光器阵列的自动变暗滤光器，其中所有上述部件是针对阵列的每个遮光器单独提供的。然而，如果在遮光器阵列的多个遮光器之间共享至少一些部件，则可累计获得显著的优点。
在图6中的示例性实施方案中示出了一种此类方法，该方法依赖于图3所描绘的一般类型的遮光器(即，其中两个液晶盒散布在串联的三个偏振滤光器之间)，但图6的设计与图3的设计不同之处在于，第二对偏振滤光器的偏振滤光器被取向成基本上彼此正交)。在图6所示的一般类型的布置中，规定设置可单独切换的遮光器阵列。在此类方法中，可通过在第一液晶盒166内，即，在偏振滤光器114与偏振滤光器118之间提供液晶“像素”阵列216来实现可单独切换的遮光器阵列10。在此类方法中，偏振滤光器114和118以及第三偏振滤光器122可采取它们在自动变暗滤光器60的光学活性区域的长度和宽度上延伸的常见形式。即，可通过设置液晶盒116的液晶像素阵列216而不是必须设置包括单个液晶盒的阵列来实现遮光器阵列。事实上，参考图5所示的示例性液晶盒设计，光学透明的柔性层(例如，玻璃层)140和142、对准层150和152以及甚至液晶层148都可在例如自动变暗滤光器的大部分或全部的整个光学活性区域上延伸。
换句话说，本文所公开的效果不需要单个液晶盒116必须以分立的形式(例如，由分开的柔性层对140/142等构成)来设置，以便获得可单独切换的遮光器阵列。相反，可例如通过以所需的预定图案配置液晶盒的电极层144和146中的任一者或两者来实现可单独切换的遮光器阵列的设置。即，可控制透明导体(诸如例如氧化铟锡)例如以行迹线和列迹线涂覆到层140和/或142的表面上的图案，以允许液晶层148的单个区域单独经受控制电压。这允许液晶层的特定区域(即，“像素”)独立于液晶层的其它像素来操作，使得液晶层的每个像素提供自动变暗滤光器的可分开控制的遮光器。此类布置允许自动变暗滤光器的一些区域(遮光器)例如切换到暗状态，同时允许其它区域(其它遮光器)例如保持在亮状态，其中所有此类区域共享使用一个或多个光学透明的柔性层、对准层和/或液晶层。
在一些实施方案中，上述功能可例如通过仅在可串联存在于自动变暗滤光器中的多个液晶盒的一个液晶盒(层)内提供像素来实现。即，参考图6的布置，在一些实施方案中，第二液晶盒120可为常规(非像素化)液晶盒。在此类情况下，由第一液晶盒层116的单个像素216实现的亮/暗状态的变化可相加地或相减地叠加在由第二液晶盒层120施加到自动变暗滤光器的整个光学活性区域的亮/暗状态的变化上。在其它实施方案中，第二液晶盒120可以类似于针对第一液晶盒116所述的方式(例如，通过操纵如以上所讨论的导电通路)类似地设置有像素。在一些实施方案中，第二液晶盒120的此类像素可与第一液晶盒116的像素216对准并对齐。在此类布置中，第一液晶盒和第二液晶盒的每对像素可沿通过自动变暗滤光器的光学路径串联，使得可操作每对两个像素以协同地用作自动变暗滤光器的可单独控制的遮光器。
应当理解，本文所述的布置可使得便于制造例如包括可单独切换的电力变暗遮光器的弯曲的自动变暗滤光器。
可切换遮光器阵列意指沿自动变暗滤光器的光学活性区域的侧向和垂直范围的至少一部分布置的一组至少十个遮光器(源自一组至少十个可单独控制的液晶像素)(与例如沿光路径串联布置的遮光器相反)。在各种实施方案中，可切换遮光器阵列可包括至少约20、40、60、100、200、400、800或1600个可切换遮光器。在另外的实施方案中，可切换遮光器阵列可包括至多约5000、4000、3000、2000、1000、500、300或150个可切换遮光器。
遮光器阵列10可具有任何合适的设计，无论是在单个遮光器的尺寸和形状方面，还是在它们在阵列中的布置方面。(应当理解，例如图6所示的布置为一般表示，并且如其中所示的诸如中心至中心间距、边缘至边缘间距、尺寸和形状的参数未按比例绘制并且是非限制性的。)在各种实施方案中，单个遮光器可各自占据自动变暗滤光器的至少约0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、4.0或10.0平方毫米。在另外的实施方案中，单个遮光器可各自占据至多约200、100、60、40、20、10或5平方毫米。单个遮光器可具有任何所需的形状，例如至少大致矩形(例如正方形)、圆形、椭圆形或不规则的。遮光器可被布置成任何合适的几何构型(例如，正方形、矩形、六边形)阵列和中心至中心间距。也可操纵遮光器的边缘至边缘间距；例如，该边缘至边缘间距可被制作得尽可能小以最小化阵列的单个遮光器之间的任何漏光。遮光器阵列可占据自动变暗滤光器的光学活性区域的任何所需的范围。用于提供一个或多个液晶盒的像素从而提供阵列的单个遮光器的透明导电层144和146的图案形成(例如，形成交叉的行迹线和列迹线)可采取任何合适的形式。在各种实施方案中，图案形成可根据可用于对液晶盒阵列进行寻址和控制的无源矩阵或活性矩阵方法。
尽管目前已参考图3所描绘的一般类型的构造描述了包括可切换遮光器阵列的自动变暗滤光器的设计和功能，但应当理解，此类方法可用于任何合适的自动变暗滤光器，例如，图4所示的一般设计的自动变暗滤光器中。例如，如图4所描绘的液晶盒(层)116和128中的任一者或两者可包括参考图6所述的一般类型的液晶像素阵列。在一些实施方案中，只有一个此类液晶盒层可承载此类阵列；在其它实施方案中，至少两个此类液晶层可承载此类阵列。例如，在一些实施方案中，两个液晶盒层(例如，图4的层116和128)可各自承载液晶像素阵列。如早先所提到的，在一些实施方案中，两个此类液晶层可相对于彼此不对称地(例如，以一个角度)取向，以例如减少滤光效果的任何角度依赖性。在此类情况下，两个液晶层可各自包括像素阵列；如果需要，其中一个阵列的一些或全部液晶像素相对于另一个阵列的至少一些液晶像素被不对称地取向。
在一些实施方案中，第一层和第二层中沿自动变暗滤光器的光学路径的第一液晶像素阵列和第二液晶像素阵列(以及所得的遮光器阵列)的存在可以用于另外的优点。例如，第一阵列的至少一些液晶像素和所得的遮光器10可相对于第二阵列的至少一些液晶像素和所得的遮光器210平移地偏移。图7中以理想化表示(其中未示出任何曲率)示出并且其中省略其它部件以便于展示的此类布置可造成：可存在于一个阵列的单个遮光器的边缘之间的任何空间的至少一些部分可至少部分地被另一个阵列的遮光器重叠。这可通过使光在单个遮光器的边缘之间穿过来减少可能能够通过自动变暗滤光器的遮光器阵列泄漏的光的量。可根据需要使用任何此类平移地偏移的遮光器阵列。当然，应当理解，存在其它方式例如通过在光学叠堆中包括带有(例如，无源)光阻材料的图案的层来补偿此类泄漏，该图案被布置成与否则将存在于遮光器阵列中的任何泄漏通路重合。任何此类布置都可与如本文所公开的阵列(或阵列叠堆)组合地使用。
自动变暗滤光器60及其可切换遮光器10可围绕一个、两个或三个轴线弯曲。通常，用于焊工头盔中的自动变暗滤光器将围绕一个或两个轴线(例如，围绕垂直轴线)弯曲。至少，当在顶视图中观察时(例如，如在图9的示例性布置中那样)，自动变暗滤光器将沿其侧向范围的至少一部分(即，相对于垂直轴线弯曲)弯曲(成弓形)。在各种实施方案中，当在顶视图中观察时，自动变暗滤光器可(例如，对应于小于约20cm的曲率半径)表现出沿其侧向范围的至少20％、40％、80％或基本上100％的可易于标识的曲率。光学透明的柔性层(140和142)的物理特性可允许制造弯曲的自动变暗滤光器，该弯曲的自动变暗滤光器具有例如约5cm至20cm的曲率半径，以及约10至600平方厘米(cm2)的光学活性观察区域，更典型地，30cm2至250cm2的光学活性观察区域。(常规焊工头盔通常具有带有约50至100cm2的光学活性区域的自动变暗滤光器。)本发明可使得能够提供具有至少100cm2至125cm2的观察区域的自动变暗滤光器。在授予Magnusson的美国专利应用申请2014/0013479中详细讨论了弯曲的可切换遮光器在保护性头戴装置中的使用，该专利全文以引用方式并入本文。
如以上所详细讨论的，自动变暗滤光器60将包括可切换遮光器阵列10，这些可切换遮光器各自能够能控制地阻挡电磁辐射。即，每个单个的遮光器10可在至少亮状态(在该状态下光透射率相对较高)与暗状态(在该状态下相对不透射光)之间切换。在一些实施方案中，遮光器10还可切换成至少一个中间状态，该至少一个中间状态表现出在亮状态的光透射率与暗状态的光透射率之间的光透射率。在具体实施方案中，遮光器10可切换成亮状态与暗状态之间的多个中间状态中的任一个。(本文此处和别处的“状态”意指自动变暗滤光器60的遮光器10的相对光透射率或不透明度的状况。)
由遮光器10在各种状态下透射的入射光的量可以以各种方式来表征。本领域中常用的一种方式是遮光器的可见光透射率。在各种实施方案中，遮光器10被配置成以便当处于暗状态时表现出小于约0.5％、小于约0.1％或小于约0.05％的可见光透射率；并且被配置成以便当处于亮状态时表现出大于约3％、大于约10％、大于约20％或大于约50％的可见光透射率。在各种实施方案中，处于中间状态的遮光器10的可见光透射率可小于约10％、小于约5％或小于约2％，并且可大于约0.5％、大于约1％或大于约1.5％。也可以是其他范围。
遮光器10的性能还可通过同样在本领域中被熟知的遮光号来表征。因此，在各种实施方案中，当处于暗状态时，遮光器10可表现出例如约9、10、11、12、13、14或15的遮光号。在具体实施方案中，当处于暗状态时，遮光器10可表现出至少约14的遮光号。在一些实施方案中，暗状态的遮光号可能是预先确定的单个遮光号(例如，9、10、11、12、13、14或15的工厂预设值)。在其它实施方案中，暗状态的遮光号可根据使用者的需要设定(例如，设定到9、10、11、12、13、14或15的一个值)。
在一些实施方案中，当处于亮状态时，遮光器10可表现出小于约5、小于约4或小于约3的遮光号。即，在此类实施方案中，例如在没有检测到任何高强度光的情况下，遮光器可转变到的“亮”状态可不一定是完全光学透明的(未遮光)状态；相反，该“亮”状态可为对应于遮光号例如3或4的状态。在自动变暗滤光器被配置成例如在电力中断的情况下进入“亮”状态的可选实施方案中，此类状态可能是上述状态中的任一种；或者，该“亮”状态可对应于遮光号5、6或7。如以上所提到的，在一些实施方案中，遮光器10可能够(例如，由遮光器控制系统16自动地而不是由使用者手动地)设定到处于亮状态与(完全)暗状态之间的中间状态。在各种实施方案中，当处于中间状态时，遮光器10的遮光号可以是例如6、7、8、9、10、11或12。
参考图8的框图，自动变暗滤光器60包括遮光器控制系统16，该遮光器控制系统16可控地连接到可切换遮光器阵列的单个遮光器10(在图8的一般表示中仅描绘了两个此类遮光器；实际上，将存在至少十个可独立控制的遮光器)。能控制地连接意指遮光器控制系统16至少可向单个遮光器10发送控制信号(即，通过向液晶盒的像素阵列的单个像素发送控制信号，如本文早先所讨论)以呈现任何所需的状态(例如，光、暗、中间状态等)。如果需要，控制系统16与遮光器10之间的双向通信是可能的；例如，遮光器10可被配置成在任何给定时间发送关于遮光器的特定状态的更新或确认信号。遮光器控制系统16可通过使用任何便利的控制信号来在各种状态之间切换遮光器10；例如，通过改变施加到遮光器10的电压。在由遮光器控制系统16施加的控制信号发生变化时，遮光器可通常表现出小于一毫秒的亮到暗转变响应时间，以及约数毫秒的暗到亮转变响应时间。当施加恒定值的控制信号时，遮光器通常表现出相对恒定的光透射率。
遮光器控制系统16能接收地连接到至少一个工作视域图像采集装置25。能接收地连接意指控制系统16被配置成接收来自至少一个工作视域图像采集装置的工作视域光强度映射信息。如图1所示，采集装置25被取向成使得其面向前；具体地，使得该采集装置25可采集至少大致对应于头戴装置1的佩戴者通过自动变暗滤光器60观察到的工作视域的图像。此类工作视域可不仅涵盖来自被加工工件的任何高强度光发射，它还可包括工件的其它部分(未在发射高强度光)，以及围绕工件的小的或大的背景区域。可能优选的是，将图像采集装置25定位成紧邻窗口2，使得装置25对通过自动变暗滤光器可见的紧密接近工作视域的区域进行成像。应当理解，在头戴装置1的正常使用中，由图像采集装置25采集的一个或多个图像不对正佩戴头戴装置的人显示，并且因此对其不可见。即，本文所公开的布置和方法不涉及所谓的虚拟焊接，在该虚拟焊接中，使用者观看显示屏上的工作视域的投影。相反，使用者将通过安装在窗口2中的自动变暗过滤器60来可视化工作视域。
根据该工作视域的图像，(直接由工作视域图像采集装置25或由与该工作视域图像采集装置25连接的任何辅助微处理器等)生成携带表示工作视域内的光强度的区域分布的映射信息的信号。即，图像中所描绘的工作视域的每个区域携带关于该区域中的光强度的信息，其中例如较高光强度的区域和较低光强度的区域存在于工作视域的长度和宽度上。遮光器控制系统16被配置成(无论是直接地还是通过某个中间处理器间接地)从图像采集装置25接收该信号，并且被配置成使用其中的信息(以及如本文稍后所讨论的眼睛位置信息)来确定将遮光器阵列的各种单个遮光器10控制到的一个适当状态。因此，图像采集装置25根据系统的功能需要经由一种或多种连接(可能是专用线缆、光纤、无线连接等)与系统16的其它部件通信。
图像采集装置25可为能够可接受地采集工作视域的图像的任何合适的装置(例如，相机)。例如，该图像采集装置25可包括一个或多个CMOS图像传感器、电荷耦合器件(CCD)等，使得例如无需执行模拟-数字转换即可生成数字图像。可适当地选择传感器对光最敏感的波长范围。在许多实施方案中，此类传感器的阵列(例如，固态阵列)可组合地使用以共同用作装置25。在各种实施方案中，图像采集装置25可被配置成连续地或间歇性地采集图像。类似地，来自图像采集装置25的信号可连续地(例如，作为连续视频流)或间歇性地被发送到控制系统16。如果利用间歇性监测和/或信号传输，优选的是以足够高的频率进行以实现遮光器10足够快速的响应。
尽管由装置25采集的图像可能是例如色彩映射图，但在许多实施方案中，可能便利的是，该图像是灰度图像。即，图像的每个像素的值可仅携带强度信息而不是还携带色彩信息。可执行被认为可用于增强信息的有用性的任何合适的图像处理(例如，空间滤光、阈值化、边缘增强、对比度增强、时域滤光等)。
在一些实施方案中，图像采集装置25可表现出高动态范围，即140分贝(dB)或更大的动态范围。例如，此类装置可为对数响应CMOS(互补金属氧化物半导体)图像采集装置。在其它实施方案中，图像采集装置25可表现出低动态范围，意指小于140dB的动态范围。在各种实施方案中，此类装置可表现出小于130、120、110或100dB的动态范围。应当理解，在一些情况下，工作视域光强度映射信息的一部分(例如，在对应于强光源的位置的特别明亮的光斑处)可达到饱和度极限，这意指在该位置处的光强度已上升到阈值之上，在该阈值之上，工作视域图像采集装置不对光强度的进一步增大作出响应。只要此类饱和度阈值在致使在该光与使用者的眼睛之间的直接路径中的所有遮光器切换到暗状态的光强度之上，这就将不影响设备的功能。即，在一些实施方案中，此类情况的发生在保护性头戴装置的正常使用期间可为可接受的。
在一些实施方案中，至少一个工作视域图像采集装置可以采取两个装置(或更多个装置)的形式。在特定实施方案中，两个或更多个此类装置可包括左图像采集装置25和右图像采集装置18，如图1中的示例性实施方案所示。此类布置可在成像中提供增加的保真度和准确度，并且可在一个此类装置例如暂时被碎屑遮蔽的情况下提供备份功能。在特定实施方案中，两个此类装置可彼此侧向间隔开一定距离(例如，至少约1、2、4、6或8cm)，这可利用视差，使得提供给遮光器控制系统的信号包括景深信息。这可例如允许遮光器控制系统将高强度光源远离保护性头戴装置的佩戴者的眼睛的距离考虑在内，以增强本文所述的功能。
遮光器控制系统16能接收地连接到至少一个眼睛位置监测装置52。能接收地连接意指控制系统16被配置成接收来自眼睛位置监测装置52的信息，该信息允许确立(计算)头戴装置的佩戴者的至少瞳孔以及在一些情况下整个眼睛(眼球)在三维空间中相对于头戴装置并且具体地相对于存在于头戴装置的窗口2中的自动变暗滤光器的位置。如图1所示，装置52被取向成使得其面向后朝向头戴装置的佩戴者的眼睛。
在一些实施方案中，(即，例如侧向居中定位的)单个眼睛位置监测装置可用于监测佩戴者的右眼和左眼的位置。然而，在一些实施方案中，可能有利的是，提供专用右眼位置监测装置52和专用左眼位置监测装置54，如图2中的示例性实施方案所示。此类布置可规定：关于每个瞳孔相对于自动变暗滤光器的垂直位置和侧向位置的信息不仅可以获得，而且还可用于映射每个瞳孔远离自动变暗滤光器的前后(深度)距离。(应当理解，严格地说，来自两个监测装置中的每一个的信息可组合地使用以提供此类信息；然而，出于便利，此类装置将称为右眼位置监测装置和左眼位置检测装置。)
应当理解，监测佩戴者眼球的至少瞳孔在三维中的空间位置可区别于跟踪人正注视的方向。即，在至少一些实施方案中，如本文所公开的眼睛位置监测装置被配置成执行与有时用于当人正观察场景、购物、阅读等时监测人的注视方向(例如，所谓的固视和扫视)的所谓的眼睛跟踪器(有时称为注视跟踪器或扫描路径跟踪器)的那些功能不同的功能。应当理解，此类注视跟踪通常不涉及获得并监测瞳孔在三维中的实际物理位置。例如，此类注视跟踪器通常不会监测或报告瞳孔沿前后方向距具体物品诸如自动变暗滤光器的实际距离。
如基于本文稍后的详细讨论应当理解的，在一些情况下，可能有利的是，保护使用者的整个眼睛(眼球)至少基本上全部免受高强度光的影响，而不是简单地防止此类光沿眼睛正注视的通路进入眼睛的瞳孔。因此，在一些实施方案中，可能需要监测眼球的所有暴露部分相对于自动变暗滤光器的实际位置。应当理解，以这种方式监测眼球的整个暴露表面的空间位置进一步区别于跟踪人正注视的方向。换句话说，在一些实施方案中，如本文所公开的眼睛位置监测装置可用来映射使用者眼球的所有暴露部分相对于头戴装置(并因此相对于自动变暗滤光器)的位置，并且由于例如头戴装置相对于使用者的头部发生转移而用来根据需要更新该信息。特别地，由于许多保护性头戴装置诸如焊工头盔在眼睛遮挡位置与非遮挡位置之间来回频繁移动，因此眼睛位置监测装置必须能够在每次头戴装置移动回到遮挡位置中时执行其功能。
获得使得能够在任何给定时间确定使用者眼睛的至少瞳孔(并且在一些情况下为所有暴露部分)的位置的信息的任何合适的装置都可适合用作眼睛位置监测器。在一些实施方案中，此类装置可包括获得使用者的眼球图像的后向图像采集装置。可最佳使用至少两个此类装置，使得(例如，如果两个装置获得足够重叠以包括至少一个共同位置的图像)视差方法(或任何其它合适的方法)可用于确定每个眼睛的至少瞳孔相对于自动变暗滤光器的前后距离。由于自动变暗滤光器将是宏观上的大型实体而且可能是弯曲的而不是平面的，因此，在一些实施方案中，可相对于头戴装置上或自动变暗滤光器上某处的一个、两个、三个或更多个基准位置来确定至少每个瞳孔的位置。(在一些实施方案中，眼睛位置监测装置本身的位置可便利地用作基准位置。)
换句话说，由此类装置提供的图像结合装置相对于头戴装置的基准位置的已知位置可由遮光器控制系统用来映射至少瞳孔(并且在一些情况下为每个眼球的所有暴露部分)在三维空间中相对于基准位置而言的位置。由于自动变暗滤光器的所有部分的位置相对于这些基准位置会是已知的，因此这允许确定并定期更新使用者眼球的所有所需部分相对于自动变暗滤光器的所有部分的距离和取向。该信息结合先前所述的工作视域光强度映射信息允许自动变暗滤光器的遮光器阵列的具体遮光器被标识为位于工作视域中的高强度光源与视力保护性头戴装置的使用者的眼球的瞳孔(或例如任何暴露部分)之间的直接光学路径上。
根据以上讨论，应当理解，如本文所公开的眼睛位置监测装置将不一定需要精确地(或者在一些情况下，根本不需要)监测使用者的实际注视方向。然而，在一些实施方案中，如本文所使用的眼睛位置监测装置可包括眼睛(注视)跟踪功能。例如，眼睛位置监测装置可包括眼睛跟踪相机，该眼睛跟踪相机监测来自视力保护性头戴装置的使用者的眼睛的角膜反射，以便监测眼睛正注视的方向。然而，应当理解，例如由眼睛跟踪器提供的任何此类注视方向信息可能不足以实现本文所述的功能。相反，应当获得眼球的至少瞳孔在三维空间中相对于例如保护性头戴装置的基准位置的实际位置，使得可确立瞳孔的所有部分(并且在一些情况下，为眼球的所有暴露部分)相对于自动变暗滤光器的各种遮光器的位置的三维映射。然而，在一些实施方案中，注视跟踪可用作此类布置的辅助。
尽管已主要讨论了光学监测，但应当理解，如本文所使用的眼睛位置监测装置可依赖于可使用能够提供关于使用者的眼睛相对于自动变暗滤光器的位置的信息的任何方法——此类替代方法可例如全部或部分地使用回声定位、超声接近感测等。
如图8所示的一般框图中所指示，本文所公开的布置允许遮光器控制系统16从至少一个工作视域图像采集装置25/18接收工作视域光强度映射信息并从至少一个眼睛位置监测装置52/54接收眼睛位置信息，并且组合使用工作视域光强度映射信息和眼睛位置信息来选择阵列的各种可切换遮光器单独切换到的状态(例如，亮、暗或中间状态)。(单独切换意指分开控制每个遮光器，即使可响应于控制信号同时切换多个遮光器。)
参考图9的一般表示进一步地详细讨论此类功能，图9为安装在使用者的头部上的自动变暗滤光器60的一部分的二维顶视图。(图9描绘了侧向(左右)和深度(前后)关系；未描绘垂直关系，但应当理解，在系统的功能中同样考虑了此类关系。)在一些实施方案中，遮光器控制系统可使用上述信息来将可切换遮光器阵列的第一组可切换遮光器310标识为定位在工作视域中的高强度光源301与使用者的眼球401的暴露部分之间的直接光学路径上。响应于该信息，系统然后可选择性地将第一组可切换遮光器310从亮状态切换到暗状态，并且然后可将第一组遮光器310维持在暗状态，只要该组遮光器处于该直接光学路径上即可(例如，只要光源301继续发射高强度光，并且只要光源、头戴装置和人的眼球的几何关系尚未改变以致转移直接光学路径的位置)。遮光器控制系统还可使用上述信息来将第二组可切换遮光器312标识为未定位在工作视域中的高强度光源与视力保护性头戴装置的使用者的眼球的任何部分之间的直接光学路径上。遮光器控制系统可将第二组可切换遮光器312中的至少一些可切换遮光器维持在亮状态并且/或者该遮光器控制系统可将这些遮光器中的至少一些切换到中间状态并将它们维持在中间状态。该第二组遮光器312可包括但不一定必须包括阵列的所有其它遮光器(它们不是第一组遮光器310的一部分)，如根据以下讨论应当理解。
虽然以上描述了关于需要监测使用者眼球的所有暴露表面并需要因为该信息而操作可切换遮光器的实施方案，但应当理解，在一些实施方案中，眼球的瞳孔可为被监测并用于操作可切换遮光器的实体。在许多实施方案中，遮光器控制系统可标识遮光器组310的左眼子组311，该左眼子组311的遮光器位于从高强度光源301到使用者的左眼401的直接光学路径上，如图9中的示例性实施方案所示。该遮光器控制系统还可标识组310的右眼子组311'，该右眼子组311'的遮光器位于从高强度光源301到右眼402的直接光学路径上，同样如图9中的示例性实施方案所示。
应当强调，一组变暗的遮光器或其子组没有必要是邻接的——即，该组变暗的遮光器或其子组可由多个分立的遮光器群构成，这些遮光器群彼此不重叠或接触。因此例如，图9示出了一种示例性场景，其中充分反射光的表面302(例如，抛光的金属表面)被取向成以便反射从光源301朝向使用者眼睛发射的光，其中该反射光为高强度光(即，高于需要阻挡光的强度阈值)。在此类情况下，由遮光器控制系统16控制到暗状态的一组遮光器311可包括另外两个子组——左眼子组313和右眼子组313'。因此，在该代表性实施例中，一组变暗的遮光器310包括子组311、311'、313和313'，这些子组不是都彼此邻接的。
应当理解，任何现实生活情况(例如，焊接操作)可包括多个高强度直接光源(例如，可在工作视域的背景中可见的其它焊接操作)并且/或者可包括多个高强度反射光源。(因此，如本文所公开的光源可为反射光源，并且不需要本身实际产生光)。因此，遮光器控制系统16可根据需要在各种时间将自动变暗滤光器的各种区域中的遮光器组和/或子组变暗。基于这些考虑应当理解，仅例如在自动变暗滤光器的侧向(和/或垂直)中心区域中提供遮光器可能是不足够的，因为系统可偶尔被调用以处理例如从侧角而不是从正前方入射的二次光反射。因此，在一些实施方案中，遮光器阵列10可占据自动变暗滤光器的至少约60％、70％、80％、90％、95％或基本上100％的光学活性区域。
当组310的遮光器切换到暗状态并维持在该暗状态时，第二组312的遮光器(在那时)可不处于使用者的眼球的任何部分与高强度光之间的直接光学路径上。第二组的遮光器312可在任何合适的条件下操纵和/或维持。例如，在一些实施方案中，第二组312的至少基本上所有遮光器可维持在亮状态(例如，遮光3或遮光4)。在替代的实施方案中，所有此类遮光器都可切换到中间状态并维持在中间状态。在一些实施方案中，此类选择可由遮光器控制系统自动做出(例如，取决于存在于环境中的光的总量)。在一些实施方案中，此类选择可由使用者可设定的，为至少在一定限制内。
应当理解，甚至以斜角度(例如，从使用者的周边视力中的光源)而不是直接沿视线进入使用者的瞳孔的光也可具有一些不期望的效果。在这种情况下，监测至少瞳孔的位置可确保遮光器阵列的遮光器可适当地变暗，以防止斜角度高强度光进入瞳孔。如先前所提到的，在一些实施方案中，监测眼球的整个暴露表面可进一步增强此类效果。另外，在一些情况下，可能需要通过使用可切换遮光器阵列来保护使用者眼球的整个暴露表面免受高强度光的影响。例如，眼睛的一些组分和表面(例如，角膜和结膜)可能易受高强度光的不期望的效果的影响(诸如光性角膜炎和光化性结膜炎)，并且因此可受益于使用可单独切换的遮光器(而不是例如，仅取决于对由例如自动变暗滤光器的一个或多个无源滤光层提供的UV和IR的防护)。
应当理解，本文所公开的布置和方法可规定：仅自动变暗滤光器的选定部分变暗到暗状态，从而例如允许人保持对例如工作视域中的周边位置的改善的可见度(这与将自动变暗滤光器的整个光学活性区域作为单个“像素”变暗的常规方法形成对比)。同时，这些布置和方法可用来使高强度光到眼睛的瞳孔中的进入最小化，并且在一些实施方案中，可保护整个眼球免受此类光的影响。因此，在一些实施方案中，在自动变暗滤光器的正常操作中，可将足够数量的遮光器变暗以防止高强度光到达眼球的任何暴露部分，而不是仅闭合足够的遮光器以限制实际上例如沿直接视线进入瞳孔的高强度光的量。
由于结膜的至少一些部分(例如，围绕眼球的眼睑结膜)也可能稍微易受例如光性角膜炎的影响，在一些实施方案中，可将另外的遮光器变暗，以例如使到达眼睑结膜的任何部分的高强度光的量最小化。因此，应当理解，在一些实施方案中，如果需要，甚至不处于高强度光源与使用者眼球的任何部分之间的直接光学路径上的一些遮光器仍可变暗到暗状态(或例如到中间状态)。在一些实施方案中，如果有的话，可由遮光器控制系统选择由一组变暗的遮光器提供的变暗的“光斑”的尺寸超出保护瞳孔或整个眼球所需的实际尺寸的量。这可取决于例如高强度光的强度、总体光强度等。在一些实施方案中，可由使用者设定该“光斑”尺寸可超出保护瞳孔或眼球所需的实际尺寸的程度。例如，“光斑”尺寸可为使用者可设定的，为从最小值到自动变暗滤光器的整个光学活性区域变暗的设定。
未(完全)变暗的任何遮光器可例如维持在亮状态，或者切换到中间状态并维持在该中间状态。在一些实施方案中，所有未变暗的遮光器可维持在亮状态。在一些实施方案中，所有未变暗的遮光器可切换到中间状态并维持在该中间状态。在一些实施方案中，可将紧邻变暗的遮光器的一组遮光器切换到中间状态，而可将远离变暗的遮光器的任何剩余遮光器维持在亮状态。此类设定可由遮光器控制系统自动选择，或者在一些实施方案中，它们可为由使用者进行的使用者可设定的。
应当理解，对工作视域进行成像和对眼睛位置进行询问的频率、提供该信息给遮光器控制系统的频率、以及遮光器控制系统处理该信息和操作各种遮光器的速度将足以实现对一种或多种高强度光源、使用者的眼睛和自动变暗滤光器的几何关系变化的快速响应时间。因此例如，如果头戴装置的使用者转动他或她的头部，则由完全变暗的遮光器提供的变暗的“光斑”应当足够快速地沿自动变暗滤光器“行进”以保持至少瞳孔并且在一些情况下眼球的所有暴露部分得到适当保护。(当然，眼睛位置监测系统可被配置成考虑例如眨眼和瞬时闭眼等)。应当理解，在任何给定的时刻，特定遮光器可为例如一组变暗的遮光器的一部分，或者可为处于亮状态或处于中间状态的一组遮光器的一部分。
在一些实施方案中，保护性头戴装置1可包括遮光器控制系统16能接收地连接到的至少一个光传感器。此类光传感器可在头戴装置1的正常使用期间感测来源于工作视域的总光强度，并且向遮光器控制系统16发送表示该总光强度的信号。此类光传感器可例如用来向遮光器控制系统16提供例如焊接正在进行的初始指示(信号)，使得遮光器控制系统16然后可激活本文早先所详细描述的所有系统和部件。例如，遮光器控制系统和相关联的部件可从被动或“睡眠”模式转变成激活模式。
由于需要完全执行遮光器控制系统、一个或多个图像采集装置、一个或多个眼睛位置监测装置等的功能，遮光器控制系统16(以及一般来讲，自动变暗滤光器60)可包括(除上述部件中的任一个之外)各种硬件、电子部件、软件和/或固件部件、集成电路、电源等。本领域普通技术人员应当清楚，根据功能需要，遮光器控制系统16和自动变暗滤光器60可包括任何电子部件或部件(例如，电阻器、放大器、逆变器等中的一者或多者)。按照惯例，这些部件中的许多可以例如以固态形式提供。在任何情况下，遮光器控制系统可操作地连接到阵列的遮光器，并且通过任何合适的连接连接到其它部件，这些连接可能是专用线缆、光纤、无线连接等。
在各种实施方案中，保护性头戴装置1可采取例如头盔、护罩或护目面罩(例如，焊工头盔、护罩或护目面罩)的形式，应当注意，这些类别的保护性头戴装置之间可能并不总是存在明显的界限。根据定义，如本文所公开的保护性头戴装置不涵盖不包括自动变暗滤光器的眼部佩戴物，诸如例如护目镜、视力矫正性眼镜、普通防护眼镜、太阳镜等。特别地，如本文所公开的保护性头戴装置区别于视力保护性制品，诸如太阳镜或有色视力矫正眼镜、护目镜、护目面罩中的透镜以及汽车的挡风玻璃，这些视力保护性制品的目的是使例如来自自然光源诸如阳光的眩光最小化(而不是保护整个眼睛免受例如由焊接操作引起的光性角膜炎的影响)。应当理解，许多类型的遮光设备(例如，汽车挡风玻璃、摩托车头盔的护目面罩、由飞行员佩戴的太阳镜等)将不包括例如在电力中断的情况下遮光器完全(或甚至部分地)变暗的功能。在至少一些实施方案中，本文所述的遮光器阵列将存在于光通过其到达双眼(如在例如焊工头盔的窗口或护目面罩中的那样)的单个连续窗格中，，而不是存在于如在例如太阳镜中那样分别致力于使用者左眼和右眼的分立的左窗格和右窗格中。
在各种实施方案中，如本文所述的保护性头戴装置和自动变暗滤光器可结合工业操作使用，这些工业操作例如焊接(如电弧焊接、吹管焊接、乙炔焊接)、切割(如激光切割、乙炔切割)、硬钎焊、软钎焊等等。它们还可结合涉及高强度光的医疗过程(如激光手术、除毛、去除纹身、牙科树脂的光固化等)以及其它用途来使用。
尽管本文主要描述了关于弯曲的(弓形的)自动变暗滤光器的使用，但应当理解，本文所公开的布置和方法中的至少一些(例如，操作遮光器控制系统以保护整个眼球，监测至少瞳孔或整个眼球在三维空间相对于保护性头戴装置的基准位置而言的位置，而不是仅监测眼球注视的方向等)将同样适用于平面的自动变暗滤光器。因此，本文的公开内容涵盖了一些此类布置，例如像示例性实施方案列表中所提到的。
示例性实施方案列表
实施方案1是一种视力保护性头戴装置，其包括：弯曲的自动变暗滤光器，该弯曲的自动变暗滤光器安装在该视力保护性头戴装置的前向光学透射窗口中，该弯曲的自动变暗滤光器包括各自能够至少在暗状态与亮状态之间切换的可切换遮光器阵列；以及遮光器控制系统，该遮光器控制系统能控制地连接到该可切换遮光器阵列的每个可切换遮光器，以便能够控制所述可切换遮光器中的每一个的切换，并且该遮光器控制系统能接收地连接到至少一个工作视域图像采集装置和至少一个眼睛位置监测装置；其中该遮光器控制系统被配置成从该至少一个工作视域图像采集装置接收工作视域光强度映射信息并从该至少一个眼睛位置监测装置接收眼睛位置信息，并且该遮光器控制系统被配置成组合使用该工作视域光强度映射信息和该眼睛位置信息来选择将所述可切换遮光器切换到的状态。
实施方案2是根据实施方案1所述的视力保护性头戴装置，其中该遮光器控制系统被配置成组合使用该工作视域光强度映射信息和该眼睛位置信息，以将该可切换遮光器阵列的第一组可切换遮光器标识为定位在该工作视域中的高强度光源与该视力保护性头戴装置的使用者眼球的至少瞳孔之间的直接光学路径上，并且其中该遮光器控制系统被配置成选择性地将该第一组可切换遮光器从亮状态切换到暗状态并将它们维持在该暗状态；并且其中该遮光器控制系统被进一步配置成组合使用该工作视域光强度映射信息和该眼睛位置信息，以将该可切换遮光器阵列的第二组可切换遮光器标识为未定位在该工作视域中的高强度光源与该头戴装置的该使用者眼球的至少瞳孔之间的直接光学路径上，并且其中该遮光器控制系统被配置成将该第二组可切换遮光器中的至少一些可切换遮光器维持在亮状态并且/或者将该第二组可切换遮光器中的至少一些可切换遮光器切换到中间状态并将它们维持在该中间状态。
实施方案3是根据实施方案1至2中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该至少一个工作视域图像采集装置包括左工作视域图像采集装置和右工作视域图像采集装置，并且其中该至少一个眼睛位置监测装置包括左眼位置监测装置和右眼位置监测装置。
实施方案4是根据实施方案3所述的视力保护性头戴装置，其中该遮光器控制系统被配置成从所述左工作视域图像采集装置接收工作视域光强度映射信息并从该左眼位置监测装置接收眼睛位置信息，并且该遮光器控制系统被配置成组合使用该信息，以标识该第一组可切换遮光器的左子组，并且其中该遮光器控制系统被配置成选择性地将该第一组可切换遮光器的该左子组从亮状态切换到暗状态并将该左子组的可切换遮光器维持在该暗状态；并且其中该遮光器控制系统被配置成从所述右工作视域图像采集装置接收工作视域光强度映射信息并从所述右眼位置监测装置接收眼睛位置信息，并且所述遮光器控制系统被配置成组合使用该信息，以标识所述第一组可切换遮光器的右子组，并且其中该遮光器控制系统被配置成选择性地将该第一组可切换遮光器的该右子组从亮状态切换到暗状态并将该右子组的可切换遮光器维持在该暗状态。
实施方案5是根据实施方案1至4中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该至少一个工作视域图像采集装置是表现出至少140dB的动态范围的高动态范围图像采集装置。
实施方案6是根据实施方案1至4中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该至少一个工作视域图像采集装置是表现出小于140dB的动态范围的低动态范围图像采集装置。
实施方案7是根据实施方案1至6中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该至少一个眼睛位置监测装置被配置成监测使用者眼球的至少该瞳孔相对于该视力保护性头戴装置的至少一个基准位置而言的位置，但该眼睛位置监测装置未被配置成作为监测该使用者正注视的方向的眼睛跟踪装置起作用。
实施方案8是根据实施方案7所述的视力保护性头戴装置，其中该至少一个眼睛位置监测装置被配置成监测该使用者眼球的至少该瞳孔相对于该视力保护性头戴装置的至少三个基准位置而言的位置。
实施方案9是根据实施方案1至6中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该至少一个眼睛位置监测装置被配置成监测使用者眼球的至少该瞳孔相对于该视力保护性头戴装置的至少一个基准位置而言的位置，并且该眼睛位置监测装置被进一步配置成作为监测该使用者正注视的方向的眼睛跟踪装置起作用。
实施方案10是根据实施方案9所述的视力保护性头戴装置，其中该至少一个眼睛位置监测装置包括眼睛跟踪相机，该眼睛跟踪相机监测来自该视力保护性头戴装置的使用者的该眼睛的至少角膜反射。
实施方案11是根据实施方案1至10中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该弯曲的自动变暗滤光器包括第一玻璃基底和第二玻璃基底，所述第一玻璃基底和第二玻璃基底弯曲成使得所述基底中的每一个基底上的至少一个位置表现出150mm或更小的曲率半径，并且至少在该弯曲的自动变暗滤光器的整个光学活性区域上该第一玻璃基底和该第二玻璃基底是局部彼此平行的。
实施方案12是根据实施方案1至11中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该可切换遮光器阵列包括至少约20、40、60、100、200或400个可切换遮光器。
实施方案13是根据实施方案1至12中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该可切换遮光器阵列位于该弯曲的自动变暗滤光器的第一层中，并且占据该弯曲的自动变暗滤光器的该第一层的光学活性区域的至少一部分；其中所述单独遮光器阵列中的至少一些可切换遮光器是电力变暗遮光器，所述至少一些可切换遮光器在被供应电力时切换到暗状态并只要被供应电力就维持所述暗状态，并且所述至少一些可切换遮光器在不被供应电力时切换到亮状态并只要不被供应电力就维持所述亮状态。
实施方案14是根据实施方案13所述的视力保护性头戴装置，其中该弯曲的自动变暗滤光器包括第二层，该第二层包括至少与该弯曲的自动变暗滤光器的该第一层的该光学活性区域毗连的光学活性区域，并且其中该弯曲的自动变暗滤光器的所述第二层的单个可切换遮光器占据该弯曲的自动变暗滤光器的该第二层的整个该光学活性区域；并且其中该弯曲的自动变暗滤光器的该第一层的该单个可切换遮光器是电力变亮遮光器，该单个可切换遮光器在被供应电力时切换到亮状态并只要被供应电力就维持该亮状态，并且该单个可切换遮光器在不被供应电力时切换到暗状态并只要不被供应电力就维持该暗状态。
实施方案15是根据实施方案1至14中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该可切换遮光器阵列中的至少选定的可切换遮光器至少部分地由液晶盒的液晶像素阵列的液晶像素分别提供，所述液晶盒夹置在具有偏振轴线的第一偏振滤光片与偏振轴线被取向成与所述第一偏振滤光片的该偏振轴线至少基本上正交的第二偏振滤光片之间。
实施方案16是根据实施方案15所述的视力保护性头戴装置，其中该可单独切换遮光器阵列的每个可切换遮光器包括由该第二偏振滤光片的单个区域提供的第二偏振滤光器，其中该第二偏振滤光片是提供该可切换遮光器阵列的所有该遮光器的所有该第二偏振滤光器的单个第二偏振滤光片。
实施方案17是根据实施方案15至16中任一项所述的视力保护性头戴装置，其中该可切换遮光器阵列位于该弯曲的自动变暗滤光器的第一层中，并且占据该弯曲的自动变暗滤光器的该第一层的光学活性区域，其中该弯曲的自动变暗滤光器包括第二层，该第二层包括至少与该弯曲的自动变暗滤光器的该第一层的该光学活性区域毗连的光学活性区域，并且其中该弯曲的自动变暗滤光器的该第二层的单个可切换遮光器占据该弯曲的自动变暗滤光器的该第二层的整个该光学活性区域；并且其中所述弯曲的自动变暗滤光器的所述第二层的所述单个可切换遮光器是单个液晶(LC)遮光器，所述单个液晶遮光器包括单个扭转向列型液晶盒，所述单个扭转向列型液晶盒夹置在所述第二偏振滤光片与偏振轴线被取向成与所述第二偏振层的所述偏振轴线至少基本上正交的第三偏振滤光片之间。
实施方案18是根据实施方案1至17中任一项所述的视力保护性头戴装置，其包括位于该弯曲的自动变暗滤光器的第一层中的第一可单独切换遮光器阵列和位于该弯曲的自动变暗滤光器的第二层中的第二可单独切换遮光器阵列，其中该第二可单独切换遮光器阵列的至少一些遮光器各自以至少部分重叠的构型与该第一可单独切换遮光器阵列的遮光器对准。
实施方案19是根据实施方案18所述的视力保护性头戴装置，其中该第二可单独切换遮光器阵列被定位成与该第一可单独切换遮光器阵列成偏移的部分重叠关系。
实施方案20是一种操作包括弯曲的自动变暗滤光器的视力保护性头戴装置的方法，该弯曲的自动变暗滤光器包括各自能够至少切换到暗状态和亮状态的可切换遮光器阵列并包括遮光器控制装置，该方法包括：组合使用工作视域光强度映射信息和眼睛位置信息，以标识该可切换遮光器阵列的第一组可切换遮光器，该第一组可切换遮光器定位在该工作视域中的高强度光源与该视力保护性头戴装置的使用者的眼球的至少瞳孔之间的直接光学路径上；组合使用所述工作视域光强度映射信息和眼睛位置信息，以标识所述可切换遮光器阵列的第二组可切换遮光器，所述第二组可切换遮光器未定位在所述工作视域中的高强度光源与所述视力保护性头戴装置的所述使用者的眼球的至少瞳孔之间的直接光学路径上；并且选择性地将该第一组可切换遮光器从亮状态切换到暗状态并将它们维持在该暗状态，同时将该第二组可切换遮光器中的至少一些可切换遮光器维持在亮状态并且/或者选择性地将该第二组可切换遮光器中的至少一些可切换遮光器切换到中间状态并将它们维持在该中间状态。
实施方案21是根据实施方案20所述的方法，其中该方法包括选择性地将该第二组可切换遮光器中的至少基本上所有可切换遮光器切换到该中间状态并将它们维持在该中间状态。
实施方案22是根据实施方案20所述的方法，其中该方法包括在组合使用该工作视域光强度映射信息和眼睛位置信息时，将该可切换遮光器阵列的至少基本上所有可切换遮光器切换到亮状态，以确定该可切换遮光器阵列中的可切换遮光器均未定位在该工作视域中的高强度光源与该视力保护性头戴装置的该使用者的眼球的至少瞳孔之间的直接光学路径上。
实施方案23是根据实施方案20至22中任一项所述的方法，其中该工作视域光强度映射信息由该遮光器控制系统从工作视域图像采集装置接收，并且其中该工作视域光强度映射信息的至少一部分在视力保护性头戴装置的正常操作期间的至少某段时间处处于饱和度极限。
实施方案24是根据实施方案20所述的方法，该方法使用实施方案1至19中任一项所述的视力保护性头戴装置起作用。
对于本领域的技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性元件、结构、特征、细节、配置等在许多实施方案中可修改和/或组合。本发明人预期所有此类变型和组合均在所构思发明的范围内，而不仅仅是被选择充当示例性图示的那些代表性设计。因此，本发明的范围不应限于本文所述的特定说明性结构，而应至少扩展到由权利要求的语言所描述的结构和这些结构的等同形式。本说明书中正面引用的作为替代方案的任何元件可根据需要以任何组合明确地包括于权利要求书中或从权利要求书排除。以开放式语言(例如，包括和由其衍生)引用到本说明书中的任何元件或元件的组合被认为是以封闭式语言(例如，由……组成和由其衍生)并且以部分封闭式语言(例如，基本上由……组成和由其衍生)另外地引用。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文档中的公开内容之间存在任何冲突或矛盾，则将以所写的本说明书为准。

Claims (12)

1.一种视力保护性头戴装置，其包括：
弯曲的自动变暗滤光器，所述弯曲的自动变暗滤光器安装在所述视力保护性头戴装置的前向光学透射窗口中，所述弯曲的自动变暗滤光器包括各自能够至少在暗状态与亮状态之间切换的可切换遮光器阵列；和，
遮光器控制系统，所述遮光器控制系统能控制地连接到所述可切换遮光器阵列的每个可切换遮光器，以便能够控制所述可切换遮光器中的每一者的切换，并且所述遮光器控制系统能接收地连接到至少一个工作视域图像采集装置和至少一个眼睛位置监测装置；
其中所述遮光器控制系统被配置成从所述至少一个工作视域图像采集装置接收工作视域光强度映射信息并从所述至少一个眼睛位置监测装置接收眼睛位置信息，并且所述遮光器控制系统被配置成组合使用所述工作视域光强度映射信息和所述眼睛位置信息来选择将所述可切换遮光器切换到的状态；
其中所述可切换遮光器阵列位于所述弯曲的自动变暗滤光器的第一层中，并且占据所述弯曲的自动变暗滤光器的所述第一层的光学活性区域的至少一部分；
其中可切换遮光器阵列中的至少一些可切换遮光器是电力变暗遮光器，所述至少一些可切换遮光器在被供应电力时切换到暗状态并只要被供应电力就维持所述暗状态，并且所述至少一些可切换遮光器在不被供应电力时切换到亮状态并只要不被供应电力就维持所述亮状态；
其中所述弯曲的自动变暗滤光器包括第二层，所述第二层包括至少与所述弯曲的自动变暗滤光器的所述第一层的所述光学活性区域毗连的光学活性区域，并且其中所述弯曲的自动变暗滤光器的所述第二层的单个可切换遮光器占据所述弯曲的自动变暗滤光器的所述第二层的整个所述光学活性区域；并且，
其中所述弯曲的自动变暗滤光器的所述第二层的所述单个可切换遮光器是电力变亮遮光器，所述单个可切换遮光器在被供应电力时切换到亮状态并只要被供应电力就维持所述亮状态，并且所述单个可切换遮光器在不被供应电力时切换到暗状态并只要不被供应电力就维持所述暗状态。
2.根据权利要求1所述的视力保护性头戴装置，其中所述遮光器控制系统被配置成组合使用所述工作视域光强度映射信息和所述眼睛位置信息，以将所述可切换遮光器阵列的第一组可切换遮光器标识为定位在工作视域中的高强度光源与所述视力保护性头戴装置的使用者的眼球的至少瞳孔之间的直接光学路径上，并且其中所述遮光器控制系统被配置成选择性地将所述第一组可切换遮光器从亮状态切换到暗状态并将它们维持在所述暗状态；并且，
其中所述遮光器控制系统被进一步配置成组合使用所述工作视域光强度映射信息和所述眼睛位置信息，以将所述可切换遮光器阵列的第二组可切换遮光器标识为未定位在所述工作视域中的高强度光源与所述视力保护性头戴装置的所述使用者的眼球的至少瞳孔之间的直接光学路径上，并且其中所述遮光器控制系统被配置成将所述第二组可切换遮光器中的至少一些可切换遮光器维持在亮状态并且/或者将所述第二组可切换遮光器中的至少一些可切换遮光器切换到中间状态并将它们维持在所述中间状态。
3.根据权利要求2所述的视力保护性头戴装置，其中所述至少一个工作视域图像采集装置包括左工作视域图像采集装置和右工作视域图像采集装置，并且其中所述至少一个眼睛位置监测装置包括左眼位置监测装置和右眼位置监测装置。
4.根据权利要求3所述的视力保护性头戴装置，
其中所述遮光器控制系统被配置成从所述左工作视域图像采集装置接收工作视域光强度映射信息并从所述左眼位置监测装置接收眼睛位置信息，并且所述遮光器控制系统被配置成组合使用该信息，以标识所述第一组可切换遮光器的左子组，并且其中所述遮光器控制系统被配置成选择性地将所述第一组可切换遮光器的所述左子组从亮状态切换到暗状态并将所述左子组的可切换遮光器维持在所述暗状态；
并且，
其中所述遮光器控制系统被配置成从所述右工作视域图像采集装置接收工作视域光强度映射信息并从所述右眼位置监测装置接收眼睛位置信息，并且所述遮光器控制系统被配置成组合使用该信息，以标识所述第一组可切换遮光器的右子组，并且其中所述遮光器控制系统被配置成选择性地将所述第一组可切换遮光器的所述右子组从亮状态切换到暗状态并将所述右子组的可切换遮光器维持在所述暗状态。
5.根据权利要求1所述的视力保护性头戴装置，其中所述至少一个工作视域图像采集装置是表现出至少140dB的动态范围的高动态范围图像采集装置。
6.根据权利要求1所述的视力保护性头戴装置，其中所述至少一个工作视域图像采集装置是表现出小于140dB的动态范围的低动态范围图像采集装置。
7.根据权利要求1所述的视力保护性头戴装置，其中所述至少一个眼睛位置监测装置被配置成监测使用者的眼球的至少瞳孔相对于所述视力保护性头戴装置的至少一个基准位置而言的位置，但所述眼睛位置监测装置未被配置成作为监测所述使用者正注视的方向的眼睛跟踪装置起作用。
8.根据权利要求7所述的视力保护性头戴装置，其中所述至少一个眼睛位置监测装置被配置成监测所述使用者的眼球的至少所述瞳孔相对于所述视力保护性头戴装置的至少三个基准位置而言的位置。
9.根据权利要求1所述的视力保护性头戴装置，其中所述至少一个眼睛位置监测装置被配置成监测使用者的眼球的至少瞳孔相对于所述视力保护性头戴装置的至少一个基准位置而言的位置，并且其中所述眼睛位置监测装置被进一步配置成作为监测所述使用者正注视的方向的眼睛跟踪装置起作用。
10.根据权利要求9所述的视力保护性头戴装置，其中所述至少一个眼睛位置监测装置包括眼睛跟踪相机，所述眼睛跟踪相机监测来自所述视力保护性头戴装置的使用者的眼睛的至少角膜反射。
11.根据权利要求1所述的视力保护性头戴装置，其中所述弯曲的自动变暗滤光器包括第一玻璃基底和第二玻璃基底，所述第一玻璃基底和所述第二玻璃基底弯曲成使得所述基底中的每一个基底上的至少一个位置表现出150mm或更小的曲率半径，并且至少在所述弯曲的自动变暗滤光器的整个光学活性区域上所述第一玻璃基底和所述第二玻璃基底是局部彼此平行的。
12.根据权利要求1所述的视力保护性头戴装置，其中所述可切换遮光器阵列包括至少20、40、60、100、200或400个可切换遮光器。
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